蚁群算法优化复合材料缠绕壳体铺层顺序提升屈曲稳定性

"基于蚁群算法的复合材料缠绕壳体铺层顺序优化 (2011年)" 这篇论文探讨了如何运用蚁群算法(ACA)来优化纤维复合材料缠绕壳体结构的铺层顺序，以提升其屈曲稳定性。在复合材料结构中，铺层顺序的优化至关重要，因为它直接影响到沿板厚方向的刚度分布，进而影响结构的抗弯刚度。优化铺层顺序可以改善荷载传递路径，减少由于偏心引起的附加弯矩，从而增强结构抵抗屈曲的能力。 文章扩展了经典的蚁群算法，提出了一个创新的分组编解码方法。这种方法能够精确地描述缠绕工艺对铺层排列组合的限制，同时通过减少“城市数目”（类比于旅行商问题中的城市数量），提高了算法的优化效率。通过与传统方法的对比分析，论文证明了所提方法的有效性和优越性。 此外，研究团队还开发了一套复合材料缠绕壳体铺层顺序优化的程序系统，该系统能够实现壳体结构的屈曲稳定性优化设计。这为实际工程应用提供了实用的工具，有助于在保证结构性能和安全性的前提下，更有效地利用昂贵的高性能复合材料。 论文指出，纤维复合材料缠绕壳体广泛应用于航空航天领域，如高压气瓶和燃料发动机外壳。然而，由于材料成本高和安全性要求严苛，对结构优化设计的研究变得尤为迫切。通过调整铺层顺序，可以在给定材料、结构形式和缠绕参数的前提下，实现力学性能的进一步优化，这是一个典型的离散变量组合优化问题。 总结起来，这篇2011年的研究工作不仅提出了新的优化策略，还通过实例验证了其可行性，并且开发了相应的软件工具，为复合材料壳体结构的设计提供了科学依据和技术支持，对于提升复合材料结构性能和材料利用率具有重要意义。